I ricercatori della Chalmers University of Technology hanno sviluppato un metodo per raffreddare in modo efficiente l'elettronica utilizzando una pellicola a base di grafene. Il film ha una capacità di conducibilità termica che è quattro volte quella del rame. Inoltre, il film di grafene è attaccabile a componenti elettronici in silicio, che favorisce le prestazioni del film rispetto alle caratteristiche tipiche del grafene mostrate in precedenti, esperimenti simili.

I sistemi elettronici oggi disponibili accumulano una grande quantità di calore, principalmente a causa della sempre crescente richiesta di funzionalità. Eliminare il calore in eccesso in modo efficiente è fondamentale per prolungare la durata della vita dell'elettronica, e porterebbe anche a una notevole riduzione del consumo di energia. Secondo uno studio americano, circa la metà dell'energia necessaria per far funzionare i server dei computer, viene utilizzato solo per il raffreddamento.

Un paio d'anni fa, un gruppo di ricerca guidato da Johan Liu, professore alla Chalmers University of Technology, sono stati i primi a dimostrare che il grafene può avere un effetto di raffreddamento sull'elettronica a base di silicio. Questo è stato il punto di partenza per i ricercatori che hanno condotto ricerche sul raffreddamento dell'elettronica a base di silicio utilizzando il grafene.

"Ma i metodi che sono stati messi in atto finora hanno presentato problemi ai ricercatori", dice Johan Liu. "È diventato evidente che questi metodi non possono essere utilizzati per liberare i dispositivi elettronici da grandi quantità di calore, perché sono costituiti solo da pochi strati di atomi conduttivi termici. Quando provi ad aggiungere più strati di grafene, sorge un altro problema, un problema di adesività. Dopo aver aumentato la quantità di strati, il grafene non aderirà più alla superficie, poiché l'adesione è tenuta insieme solo da deboli legami di van der Waals."

"Ora abbiamo risolto questo problema riuscendo a creare forti legami covalenti tra il film di grafene e la superficie, che è un componente elettronico in silicio, " lui continua.

I legami più forti risultano dalla cosiddetta funzionalizzazione del grafene, cioè l'aggiunta di una molecola che altera le proprietà. Dopo aver testato diversi additivi, i ricercatori di Chalmers hanno concluso che un'aggiunta di molecole (3-amminopropil) trietossisilano (APTES) ha l'effetto più desiderato. Quando riscaldato e sottoposto a idrolisi, crea i cosiddetti legami silanici tra il grafene e il componente elettronico (vedi foto).

Inoltre, la funzionalizzazione mediante accoppiamento silanico raddoppia la conduttività termica del grafene. I ricercatori hanno dimostrato che la conduttività termica nel piano del film a base di grafene, con 20 micrometri di spessore, può raggiungere un valore di conducibilità termica di 1600 W/mK, che è quattro volte quella del rame.

"L'aumento della capacità termica potrebbe portare a diverse nuove applicazioni per il grafene, " dice Johan Liu. "Un esempio è l'integrazione di film a base di grafene in dispositivi e sistemi microelettronici, come i diodi a emissione di luce (LED) ad alta efficienza, laser e componenti a radiofrequenza per il raffreddamento. Le pellicole a base di grafene potrebbero anche aprire la strada a soluzioni più veloci, più piccoli, più efficiente dal punto di vista energetico, elettronica sostenibile ad alta potenza."

I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rinomata rivista Materiali funzionali avanzati .